霍尔效应和旋光现象及应用

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1、霍尔效应及其应用汪礼胜【实验目的】研究霍尔效应的基本特性（1）了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔器件对材料要求的知识；（2）测绘霍尔元件的和曲线；（3）确定霍尔元件的导电类型，测量其霍尔系数、载流子浓度以及迁移率。【实验原理】1．霍尔效应霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场。（a）（b）（a）载流子为电子（N型）；（b）载流子为空穴（P型）设试样的宽为b，厚度为d，载流子浓度为n，则：霍尔电场阻止载流子继

2、续向侧面偏移，当载流子所受的横向电场力与洛仑兹力相等，样品两侧电荷的积累就达到动态平衡。霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。2．如何判断样品的导电类型由的符号（或霍尔电压的正负）判断样品的导电类型。判别的方法是按图1所示的和的方向，若测得的即点电位低于点的电位，则为负，样品属N型；反之则为P型。（a）载流子为电子（N型）；（b）载流子为空穴（P型）3．霍尔效应与材料性能的关系要得到大的霍尔电压，关键是要选择霍尔系数大（即迁移率高、电阻率亦较高）的材料。半导体迁移率高，电阻率适中，是制造霍尔元件较理想的材料，由于电子的迁移率比空穴迁移率大，所于霍尔元件多采用N

3、型材料。霍尔电压的大小与材料的厚度成反比，薄膜型的霍尔元件的输出电压较片状要高得多。（1）霍尔电压的测量方法为消除附加电压带来的误差，采用电流和磁场换向的对称测量法。即在规定了电流和磁场正、反方向后，分别测量下列四组【实验方法】通过A、C电极进行测量，设Ａ、Ｃ间的距离为l，样品的横截面积为S=bd，流经样品的电流为IS，在零磁场下，若测得A、C间的电位差为（即）由下式可求得：（2）电导率的测量【实验仪器】图2霍尔效应实验仪1.001.201.401.601.802.00（1）测曲线（）=KGS/A【实验内容及数据处理】0.1000.2000.3000.4000.500

4、0.600（2）测曲线()（3）测电导率0.140.160.18（4）求，并判断霍尔元件的导电类型（5）求载流子浓度n（6）求载流子的迁移率时,所用霍尔元件的导电类型是P型，反之为N型。注意事项：测试仪开机、关机前将和旋钮逆时针转到底，防止输出电流过大；2.和接线不可颠倒，以防烧坏样品；3.查看时，不宜过大，以免数字电压表超量程，通常取为0.15mA左右。旋光现象及应用【实验目的】1、观察了解线偏振光通过旋光物质的旋光现象；2、了解旋光仪的结构、工作原理及其使用方法；3、学会用旋光仪测糖溶液的旋光率和浓度；【实验原理】偏振光通过某种物质后，其振动面将以光的传播方向为轴

5、线转过一定的角度，这种现象叫做旋光现象。旋转的角度称为旋光度。【实验仪器】1.底座；2．度盘调节手轮；3．刻度盘；4.目镜；5．度盘游标；6．物镜；7．检偏片；8．测试管；9．石英片；10．起偏片；11．会聚透镜；12．钠光灯光源测量采用半荫法，钠光灯发出的光经起偏片后成为平面偏振光，在半波片（劳伦特石英片）处产生三分视场。检偏片与刻度盘连在一起，转动度盘调节手轮即转动检偏片，可以看到三分视场各部分的亮度变化情况。a．>或<零度视场b．零度视场c．<或>零度视场d．全亮视场图2零度视场的分辨将装有一定浓度的某种溶液的试管放入旋光仪后，由于溶液具有旋光性，使平面偏振光旋

6、转了一个角度，零度视场便发生了变化，转动度盘调节手轮，使再次出现亮度一致的零度视场，这时检偏片转过的角度就是溶液的旋光度。为了避免刻度盘的偏心差，在游标盘上相隔180度对称地装有左右两个游标，测量时两个游标都读数，取其平均值。旋光仪读数示意图a．>或<零度视场b．零度视场c．<或>零度视场d．全亮视场图2零度视场的分辨【实验内容】(1)接通电源并开启仪器电源开关，约5分钟后钠光灯发光正常，就可以开始工作；(2)调节旋光仪的目镜，使视场中a、b区域及分界线十分清晰；转动检偏器，观察并熟悉视场明暗变化的规律；(3)熟悉角游标尺的读数方法，记录最大仪器误差；a．>或<零度视

7、场b．零度视场c．<或>零度视场d．全亮视场图2零度视场的分辨(4)检查仪器零位是否准确，即在仪器未放试管时，将旋光仪调到图2（b）所示的状态，看到视场两部分亮度均匀且较暗时，记下刻度盘上左右两游标窗口上的相应读数，作为零位读数；(5)将盛满已知浓度（共四种）或未知浓度（一种）糖溶液的试管依次放入仪器内，重调目镜使a、b区域分界线清晰，再旋转检偏器使视场亮度均匀且较暗，如图2（b）所示的状态，从刻度盘上左右窗口记下相应的角度；(6)由偏振光被旋转的方向确定物质的旋光性（左旋还是右旋）；(7)利用已知的和测出的作图。确定糖溶液的旋光率；(8)从所作的曲